一些神奇的化学物理反应（33个神奇的化学反应）

每个孩子都是天生的科学家，

他们的好奇心和探索世界的欲望

是与生俱来的。

但我国学生，

初三才开始正式接触化学，

一上来就被各种化学公式

弄地头昏脑胀，

因此失去对化学的学习兴趣。

其实，

化学作为自然科学的一类，

其美感足以超乎你的想象。

今天的分享将带大家一睹

各种各样神奇的化学反应，

也许你会因此爱上化学。

1 . 硫氰酸汞分解（“法老之蛇”）

原理：硫氰酸汞受热分解，部分产物燃烧。

2Hg(SCN)2 → 2HgS CS2 C3N4

CS2 3O2 → CO2 2SO2

2C3N4 → 3(CN)2 N2

故事：硫氰酸汞于1821年由德国人合成，之后不久它燃烧的特殊现象就被发现。很长一段时间里作为一种焰火在德国出售，但是最终因为多例小孩误食而中毒的事故被禁止。

危险：高。汞化合物有毒，反应产生的硫化汞、二氧化硫和氰气也有毒。没有通风橱和专业人士指导，切勿自行尝试！

2 . 火柴燃烧

原理：火柴头包含红磷、硫和氯酸钾。擦火柴时产生的热量使红磷和硫燃烧、氯酸钾分解出氧气辅助燃烧。

故事：最早的摩擦式火柴头上只有硫，1826年英国化学家约翰·沃克首先使用了氯酸钾，但他的火柴非常危险，经常有火球掉下去把衣服和地毯点着。

危险：低。但请勿给小孩火柴玩，可能造成火灾。

3 . 氢气遇到火

原理：氢气易燃易扩散，在空气中可以爆炸式燃烧。

故事：兴登堡号飞艇的下场就是这一幕的放大版。

危险：中。容易爆炸伤人，最好像图中那样遥控点燃。

4.汞和铝锈

原理：铝是高度活泼的金属，但是表面的氧化铝层阻止了它和空气中氧气完全反应。而汞会破坏这一保护层，使得铝迅速“生锈”。

这是一段延时摄影。该过程真实长度约半小时。如果画面下移，你会看到底下有一大堆铝锈粉末。

故事：这是飞机上严禁携带水银的原因之一。有传说称二战时一些美军突击队员会携带汞用来破坏德国飞机。

危险：中低。汞单质有毒，不可食用，需在空气流动通畅的地方实验，以免汞蒸汽中毒。

5.铁棒与硫酸铜

原理：将除锈处理后的铁棒放入硫酸铜溶液中，铁单质比铜更加活泼，置换出来的铜形成漂亮的松散沉淀。

溶液原本是蓝色的（水合铜离子颜色），随着反应进行，蓝色逐渐变淡。

故事：铜离子本身并没有蓝色，无水硫酸铜是白色粉末。水溶液中蓝色的是六水合铜离子。

危险：低。铜溶液有毒，不可食用。

6.气体点燃

原理：燃烧需要可燃物和氧气接触，狭窄的瓶口使得氧气只能逐渐进入，燃烧面逐渐下移。

危险：中高。可燃气体处理不当极易导致爆炸。

7.燃烧的镁投入水中

原理：常温下镁与水其实就可以反应，但除非是镁粉，否则速度很慢。高温时二者会剧烈反应生成氧化镁和氢气。氢气继续燃烧，和燃烧的镁一起产生炫目的光影效果。

故事：这个反应是日本设计的一种试验性发动机的基本原理。镁和水反应生成的氧化镁在激光的作用下重新分解成镁单质和氧气，整个反应只消耗水，而激光则由太阳光提供动力。不过这一发动机投入使用似乎还很遥远。

危险：中。镁燃烧时高温，遇水剧烈反应可能溅出红热液态镁导致烫伤。

8.丙酮“溶解”泡沫塑料

原理：浅浅一层丙酮并不能真的把整块泡沫塑料“溶解”，实际上它只是溶解了聚苯乙烯的长链，让泡沫塑料里的大量空气逃逸出去。但是，长链交联的地方丙酮无能为力，所以碗底部还会剩下残存的聚苯乙烯。

故事：502胶滴到泡沫塑料上发生的事情与此类似。

危险：低。丙酮有一定毒性和挥发性，应在通风处实验，勿饮用。

9.血液和过氧化氢

原理：血液中有高效的过氧化氢酶，能够催化过氧化氢分解为水和氧气，大量氧气形成泡沫效果。

故事：过氧化氢酶是一种非常常见的酶，几乎所有好氧生物体内都有发现。在细胞内它的主要作用是催化活性氧成为氧气，阻止它破坏细胞。过氧化氢酶也是所有酶中效率最高的酶之一，每个酶分子每秒钟可以催化数百万个过氧化氢分子。

危险：低至中。高浓度过氧化氢腐蚀性很强，但低浓度比较安全。没有其他威胁，除非你的血液来源有问题。

10.大象牙膏

原理：这个反应的核心和上期里的血液反应一样，是过氧化氢分解。30%过氧化氢和液体肥皂混合，加入一些食用色素，再加入碘化钾作为催化剂。少量的过氧化氢就可产生大量氧气，在肥皂作用下形成泡沫涌出。

一种更加安全的版本是用低浓度（3%-6%）过氧化氢，用干酵母作为催化剂，原料更易得，但反应也没有那么剧烈。

故事：反应后会有大量氧气聚集在瓶内，可以试着关灯然后往里丢一根火柴观察燃烧。小心火灾。

危险：低至中。浓过氧化氢腐蚀性强，处理时请戴手套。

11.灯泡中的的宇宙

原理：这是一个闪光灯泡，内装锌丝和氧气，通电即点燃，只能使用一次。外面包有一层塑料膜以防万一灯泡破碎。在现代电子闪光灯出现之前它是主要的闪光道具，抵达满亮度所花时间更长，但燃烧时间也更长。

此图在网上传播时很多人说它是灯泡烧断的瞬间，可惜普通钨丝灯泡到寿命时只会慢慢黯淡下去。

故事：早期的闪光灯泡使用镁丝，亮度不如锌。更早的则是敞开环境下镁粉和氯酸钾混合点燃。这就是“镁光灯”一词的来历。

此外，许多网友表示，“这就是我们的宇宙啊”。

危险：低。使用后灯泡会非常烫，不可立即用手碰。

12.五光十“铯”

原理：铯是活泼的碱金属，和水爆炸式反应生成氢气。高速摄影需要极强的光，光照产生的高温使得铯无法保持固态，因此实验采用安瓿来装液态铯。小锤击碎安瓿瞬间，铯液滴倾泻而出，在空中就和水蒸气、氧气反应留下尾迹，大块入水后产生爆炸式反应。

故事：在互联网上有这样一个钓鱼贴，“……爱迪生等得不耐烦了，拿过铯块，浸在水中，将溢出的水倒在了量杯里量出体积，就知道了铯块的体积。”也许这才是爱迪生耳聋的真正原因？

危险：高。铯与水反应非常剧烈，注意防护。

13.锌火

原理：这种液体是二乙基锌。它是一种极易燃烧的有机锌化合物，接触氧气便自燃。真正的二乙基锌如此图所示是蓝色火焰，但是网上流传最广的视频/动图来自2008年诺丁汉大学，他们拍到了黄色的火焰——照他们自己的说法，这是钠污染所致。

故事：二乙基锌于1848年发现，是第一个有机锌化合物。它在有机合成中的应用极其广泛，也曾被早期火箭研究者用作液体燃料。

危险：高。能自燃的没几个好东西，何况是液态。

14.火山炎魔

原理：外层红色粉末是重铬酸铵，它不稳定，受热分解可以产生大量暗绿色灰烬（三氧化二铬）和明亮的红色火焰。

(NH4)2Cr2O7 (s) → Cr2O3 (s) N2 (g) 4 H2O (g)

这一效果很像火山爆发。

而藏在里面的就是上期介绍过的硫氰酸汞“法老之蛇”了。

故事：重铬酸铵有个外号叫“维苏威之火”，就是因为它的这个效果。它在焰火和早期摄影术里都有应用。搭配硫氰酸汞感觉像是召唤了克苏鲁……

危险：高。重铬酸铵和所有六价铬一样有毒、有刺激性。密闭容器中受热可能导致爆炸。

15.铝遭遇溴

原理：铝是极活泼的金属，因为表面致密氧化层而在空气中稳定，但会和很多其它氧化剂剧烈反应。溴就是其中之一。生成的三溴化铝溶于水的反应也会放热，可能导致爆炸。实验完的试管必须先冷却然后用轻柔的水流慢慢溶解，清洗后还要加入硫代硫酸钠溶液以还原任何残留的溴。

故事：“三溴化铝”真正的存在形态其实是Al2Br6，它十分稳定，哪怕气化之后也只有一部分会分解成AlBr3。

危险：高。溴有挥发性和腐蚀性，吸入有毒，需防护措施。反应剧烈且有喷溅，请务必从少量开始！

16.暗之柱

原理：黑咖啡可不会变成这东西。杯中是对硝基苯胺和浓硫酸的混合物，加热后发生非常复杂的反应——事实上，我们还不完全清楚反应的详细过程。最后得到的黑色泡沫物原子比例为C6H3N1.5S0.15O1.3，几乎肯定是对硝基苯胺交联后的多聚物，整个反应有时被称为“爆炸式聚合”。膨胀成这么大这么长是反应生成二氧化碳等气体的功劳。

故事：这个反应是70年代NASA研究者发现的，他们当时考虑过把它用作灭火剂——因为生成的黑色泡沫状物非常稳定，隔热性能也极好。

危险：中高。对硝基苯胺有毒，浓硫酸也有危险，反应还生成氮氧化物和硫氧化物气体。

17.红与黑

原理：这是“碘钟反应”的一个变种。实验中所用到的三种无色透明溶液（从前到后）分别加入了：

1、可溶性淀粉和焦亚硫酸钠

2、氯化汞

3、碘酸钾

其中发生的反应包括：

1、焦亚硫酸钠与水反应生成亚硫酸氢钠 Na2S2O5 H2O → 2 NaHSO3

2、亚硫酸氢钠将碘酸根还原为碘离子 IO3- 3HSO3- → I- 3SO42- 3H

3、随着碘离子浓度的升高，可溶性的汞盐开始与碘离子形成碘化汞沉淀（橙红色）Hg2 2 I- → HgI2

4、剩余的碘离子与碘酸根离子生成碘单质 IO3- 5I- 6H → 3I2 3H2O

5、碘单质与可溶性淀粉结合形成蓝黑色的包合物

故事：这个改良版的反应由两名普林斯顿大学的学生发明，他们在其中加入了汞盐，使这个反应可以先后形成橙红色和黑色，而橙黑配正是普林斯顿大学的代表色。这个反应通常被称为“Old Nassau Reaction”，其中“Old Nassau”指的就是普林斯顿大学[1]。因为颜色的缘故，它也被叫做“万圣节反应”。

危险：高。氯化汞毒性很强，吸入、皮肤接触或误食时均有较高风险，请勿在家尝试。

18.铜和硝酸

原理：铜与浓硝酸反应，生成硝酸铜、二氧化氮和水，生成的气体通入水中，随着气体生成停止并逐渐溶解，水倒吸进入反应瓶，最终形成淡蓝色的硝酸铜溶液。

Cu(s) 4HNO3(aq) → Cu(NO3)2(aq) 2NO2(g) 2H2O(l)

一开始出现的绿色与浓酸条件下铜离子与硝酸根的结合有关[2]，而在引入更多水之后，溶液就显示为水合铜离子的蓝色了。

故事：铜和浓硝酸大概是最难背的高中化学反反应了……等等，还有稀硝酸。你还记得怎么配平吗？

危险：中，浓硝酸具有较强腐蚀性，推荐使用手套和护目镜。二氧化氮气体有毒，不过在该实验中大部分生成气体都会被水吸收。后半部分倒吸造成的“喷泉”现象有较小的造成烧瓶损坏的风险，如果在开放实验室中进行，应使用安全屏保护观众。

19.锂树银花

原理：这是金属锂燃烧的景象，燃烧过程中固态的金属锂不断熔化，并生成氧化锂。锂的焰色反应为红色，但当剧烈燃烧时火焰呈现一种“亮银色”的状态。

故事：和其他碱金属一样，锂火不能用水来扑灭，需要专门的干粉灭火剂。

危险：中。任何时候都不能对火掉以轻心。

20.小熊糖火山

原理：试管中是加热到熔融状态的氯酸钾，氯酸钾发生热分解产生氧气，试管中的氧气和热足以点燃小熊软糖中的糖类等有机物。氧气促进燃烧，而燃烧产生的热量又进一步促进氯酸钾分解产生更多氧气，因此就产生了剧烈的燃烧反应。

故事：这个实验还有一个更加丧心病狂的超大号版本

危险：高。反应非常剧烈，尤其是超大号版本绝对不可以在无保护措施的情况下尝试。

21.金雨

原理：这是硝酸铅与碘化钾发生的复分解反应，其中析出的金黄色结晶为碘化铅。反应式：Pb(NO3)2 2KI → 2KNO3 PbI2 ↓

故事：碘化铅晶体是一种可以用于X射线和γ射线探测的材料。

危险：高，处理铅盐时必须谨慎防护以防中毒。

22.魔性之环

原理：这是一个发生在平皿薄层上的B-Z反应（Belousov-Zhabotinsky反应）的例子。B-Z 反应是一种化学震荡反应，它最早在20世纪50年代被发现。反应体系会在两种状态之间不断进行周期性变化，平皿上的“波纹”也会不断变换。B-Z反应有多 种版本，上图中是它的一个常见版本，溴酸盐与丙二酸发生氧化还原反应，以铈盐及邻二氮菲亚铁离子（ferroin，在还原态为红色，氧化态为蓝色）作为催 化剂和反应指示剂。

故事：目前，对B-Z反应的动力学研究依然在进行中，研究者们也对反应过程进行了很多数学计算。下面就是一个计算机模拟出的平皿B-Z反应的图像，是不是感觉更加魔性了呢……

危险：中低。反应本身并不剧烈，不过溴酸盐对人具有刺激性，配制反应溶液时依然要注意防护。

23.水下花园

原理：在硅酸钠的水溶液中加入一些金属盐类的结晶颗粒（例如铜盐、钴盐等），就可以观察到溶液中树枝状的结构逐渐“生长”的过程。投入的结晶颗粒逐渐溶解，释放出金属离子，而这些金属离子又会与硅酸钠形成难以溶解的硅酸盐结晶，沉积在最初的结晶颗粒之上。而且，各种过渡金属离子的硅酸盐还可以呈现不同的颜色，使花园更加美丽。以下是“花园”中常用的一些反应物和对应的硅酸盐颜色：

明矾（硫酸铝钾）——白色

硫酸铜——蓝色

三氯化铬——绿色

硫酸镍——绿色

硫酸亚铁——绿色

三氯化铁——橙色

氯化钴——紫色

故事：如果把化学花园搬到太空中会是什么样？NASA曾在国际空间站上进行过实验[1,2]：

危险：较低。

24.氢化钠

原理：这是氢化钠与水发生的反应，生成氢氧化钠和氢气，溶液中加入了酚酞作为指示剂，因此呈现紫红色。

故事：氢化钠是一种碱性非常强的物质，它可以夺取很多化合物中的质子形成相应的钠化合物，这在有机合成中非常实用。

危险：高。氢化钠的性质非常活泼，反应剧烈。

25.碘铝反应

原理：碘单质与金属铝的粉末混合，并加入少量水即可引发剧烈反应。主要反应式：2Al(s) 3I2(s) → Al2I6(s)，水在其中起到催化剂的作用。随着反应进行，碘单质也会升华形成紫色的碘蒸气。

故事：说到铝粉，最让人印象深刻的大概就是铝热反应了，下面就让我们来重温一下：

危险：中高。反应剧烈，碘蒸气具有刺激性，应注意保护眼部，并在通风橱中进行。加水后反应可能需要稍等片刻才会开始，此时不要着急凑近查看。

26.金色氧化锌

原理：在加热至高温时，白色的氧化锌粉末会逐渐变成金黄色，在空气中冷却时颜色又会褪去。产生颜色的原因是高温下氧化锌晶体失去部分氧原子，从而形成晶格缺陷。

故事：很多宝石的色彩也与晶格缺陷有关，例如彩色的钻石。

危险：中高。观察氧化锌变色需要将其加热到800℃左右，使用高温火焰需要格外当心。

27.鲁米诺发光

原理：鲁米诺（3-氨基邻苯二甲酰肼）是一种常用的发光化学试剂。在演示实验中，一般用双氧水和一种氢氧化物碱 （例如氢氧化钠）的溶液作为激发剂，并用含铁化合物催化过氧化氢分解。鲁米诺与氢氧化物反应生成了一个双负离子，这个离子又可以与过氧化氢分解产生的氧气反应，生成激发态的3-氨基邻苯二甲酸，当它回到基态时，就会发出蓝色的光。

故事：估计不少人都是从刑侦剧或者推理小说中听说鲁米诺试剂的，如果将上述反应中的催化剂换成血液中的铁，这也就成了一个检测痕量血迹的反应。

危险：较低，需要留意氢氧化物和双氧水的腐蚀性。

28.人造烟雾

原理：在纸片的不同位置上事先分别滴上了浓盐酸和浓氨水，这两种东西都有极强的挥发性，而它们在空气中相遇也会形成氯化铵，营造出烟雾效果。

故事：另外一个常见的演示实验“氨气喷泉”展示了这种气体在水中极强的溶解性。当瓶中的氨气接触含有酚酞的水时，它们迅速溶解造成瓶内压强减小，形成粉色的倒吸喷泉：

危险：较低，不过浓盐酸和浓氨水具有刺激性，需要注意通风，避免吸入。

29.火球

原理：右边两个表面皿中的固体和液体分别是高锰酸钾与浓硫酸。在这里，浓硫酸表现出了它的“脱水性”，它与高锰酸钾固体反应，生成了七氧化二锰（高锰酐）。七氧化二锰是一种不稳定的强氧化物，当它接触到棉花时，可以与之反应并造成燃烧。

故事：在历史上，硫酸也曾经被用于引燃火柴。第一个现代意义上的火柴是1805年时让·斯尔（JeanChancel）发明的，火柴头上加入了氯酸钾、硫磺、糖等物质，使用时需要在装硫酸的小瓶中浸一下引发反应。

危险：中高，浓硫酸需要格外小心操作，注意防护并远离易燃物，需要在通风良好处进行。高锰酐具有腐蚀性、强氧化性和爆炸性，实验时应佩戴护目镜或面罩，并保证只进行少量混合。不要擅自增加反应物量或用其他有机物反应，因为反应可能会过于剧烈。

30.聚合泡沫

原理：这是生成聚氨酯泡沫材料的反应，原料包括异氰酸酯、多元醇以及发泡剂等助剂。聚氨酯（PU）是指主链中含有氨基甲酸酯特征单元的一类高分子，它们化学性质稳定，而且力学性能也有很大的可调性，因此在工业和生活中都有广泛的应用。聚氨酯泡沫可以作为保温材料使用。

故事：举个例子，就能让你体会到聚氨酯的“戏路”有多广：市面上的人造皮革制品大多是聚氨酯材质的，而最常见的非乳胶型避孕套所用的也是聚氨酯，它还可以做成沙发软垫和鞋底。

危险：较低，应注意避免吸入，避免接触皮肤和眼睛。聚氨酯泡沫本身是相当易燃的，因此很多商业产品都会预先加入阻燃剂。

31.干冰与镁

原理：镁条点燃后放在干冰当中，反应式：2Mg CO2 → 2MgO C，反应发出耀眼的强光。

故事：最早的闪光灯就利用了镁发出的强光，因此它也被称为“镁光灯”。

危险：高。反应过程中，有火花溅出的可能，需要移除附近所有的可燃物，并使用防护隔板。

32.红绿灯

原理：瓶中的溶液加入了3种成分：氢氧化钠、D-葡萄糖和靛蓝胭脂红（indigo carmine，或称酸性靛蓝）。靛蓝胭脂红是一种氧化还原指示剂，而同时它又有酸碱指示剂的作用，也就是说，在氧化还原反应和pH值的作用下，它可以变 幻出多种颜色。靛蓝胭脂红有三种颜色不同的氧化还原状态，在这个反应体系中，当振摇瓶子时，它会被空气中的氧气氧化，而在静置时又被葡萄糖还原，由此就造成了变色。如果在不同的pH环境中进行反应，颜色也会随之改变。下图中总结了具体的变色状态：

根据皇家化学学会提供的内容重新制图。

故事：除了指示剂，靛蓝胭脂红还有别的用途。它是一种食品色素（E132），在一些泌尿系统手术中也会用到它。

危险：低。在这里氢氧化钠起到调节pH的作用，不会用到很浓的溶液，葡萄糖和靛蓝胭脂红也比较安全。

33.分层变色

原理：试管下面橙色的部分是加入了一些硫酸的重铬酸钾溶液，上面透明的部分是乙醚，引发反应时在其中加入了一些双氧水。接下来，体系内会发生剧烈的反应，上面的有机层变成蓝色，并产生气体。

当加入过氧化氢时，水相中会发生如下反应：K2Cr2O7 H2SO4 H2O2 → 2 CrO5 K2SO4 5H2O。这里生成的过氧化铬（CrO5，又叫五氧化铬）是一种不稳定的过氧化物，它可以溶于乙醚，并带来深蓝色。而不稳定的过氧化铬还会继续发生反应，生成三价铬盐：2CrO5 7H2O2 3H2SO4 → Cr2(SO4)3 10H2O 7O2，试管中冒出的气泡就是这步反应中产生的氧气[1]。

故事：过氧化铬在水溶液中也是蓝色的，只不过通过乙醚萃取，可以让蓝色保持较长的时间，以方便观察。

危险：中高。反应剧烈，需要戴好手套和护目镜，不要把试管装得太满。

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